Sonderforschungsbereich 614

Aspekte eines selbstoptimierenden technischen Systems - Einflüsse, Ziele, Verhalten, Struktur und Parameter

Der Sonderforschungsbereich 614 "Selbstoptimierende Systeme des Maschinenbaus" steht im 8. Jahr, im 1. Jahr der 3. Förderperiode. Er beruht im Kern auf einer der herausragenden Stärken der Universität Paderborn, der Symbiose von Informatik, Ingenieurwissenschaften und Mathematik. Diese äußert sich u.a. in der ausgeprägten Mechatronik-Kompetenz, die in Verbindung mit Optimierungsmethoden die Ausgangsbasis des SFB 614 bildet.

Der SFB 614 ist ein "Methoden-SFB", d. h., er liefert die Methoden für den Entwurf maschinenbaulicher Erzeugnisse von morgen, die sich durch eine inhärente Teilintelligenz auszeichnen werden. Die Methoden entstehen im Wechselspiel mit der Entwicklung von anspruchsvollen Demonstratoren, die als repräsentativ für künftige Erzeugnisse des Maschinenbaus und verwandter Branchen wie der Automobilindustrie gelten können.

Gegenstand des SFB sind maschinenbauliche Systeme von morgen. Diese werden aus Konfigurationen von Systemelementen mit einer inhärenten Teilintelligenz bestehen. Das Verhalten des Gesamtsystems wird durch die Kommunikation und Kooperation der intelligenten Systemelemente geprägt sein. Aus informationstechnischer Sicht handelt es sich nach unserem Verständnis um verteilte Systeme von miteinander kooperierenden Agenten. Daraus eröffnen sich faszinierende Möglichkeiten für die Gestaltung von maschinenbaulichen Erzeugnissen. Der Begriff Selbstoptimierung charakterisiert diese Perspektive:

Unter Selbstoptimierung eines technischen Systems wird die endogene Änderung der Ziele des Systems auf veränderte Einflüsse und die daraus resultierende zielkonforme autonome Anpassung der Parameter und ggf. der Struktur und somit des Verhaltens dieses Systems verstanden. Damit geht Selbstoptimierung über die bekannten Regel- und Adaptionsstrategien wesentlich hinaus; Selbstoptimierung ermöglicht handlungsfähige Systeme mit inhärenter "Intelligenz", die in der Lage sind, selbstständig und flexibel auf veränderte Betriebsbedingungen zu reagieren.

Struktur eines komplexen mecha- tronischen Systems

Die Vision des SFB ist eine neue Schule des Entwurfs von intelligenten mechatronischen Systemen. Diese neue Schule beruht auf einem Instrumentarium bestehend aus Vorgehensmodellen, Entwurfsmethoden und -werkzeugen und Praktiken. Das Instrumentarium entsteht im Wechselspiel mit der Entwicklung von anspruchsvollen Demonstratoren, die als repräsentativ für künftige Erzeugnisse des Maschinenbaus und verwandter Branchen wie der Automobilindustrie und der Medizintechnik gelten können. Daraus ergeben sich vier Hauptziele, die auch die Projektstruktur des SFB prägen:

Projektbereich A: Grundlagen und Potentiale der Selbstoptimierung — Wissenschaftliche Durchdringung und ingenieurgerechte Aufbereitung des Wirkparadigmas der Selbstoptimierung.
Projektbereich B: Entwurfsmethoden und -werkzeuge — Schaffung der methodischen und instrumentellen Voraussetzungen für die Entwicklung von innovativen Systemen, die auf dem Wirkparadigma der Selbstoptimierung beruhen.
Projektbereich C: Implementierungsmethoden — Realisierung der Selbstoptimierung auf der Hardware-, Systemsoftware- und Reglersoftwareebene.
Projektbereich D: Selbstoptimierende Produkte und Systeme — Entwurf und prototypische Realisierung neuer Baugruppen und Systeme, um das erarbeitete Instrumentarium zu validieren und der Sache der Produktinnovation sichtbare Impulse zu geben.

Architektur des Operator-Controller Modul (OCM)

In der 1. Förderperiode wurden die grundlegenden Leitlinien des wissenschaftlichen Programms sowie die Basiskonzepte wie beispielsweise die Operator-Controller-Architektur und die Spezifikationstechnik zur domänenübergreifenden Beschreibung der Prinziplösung eines intelligenten mechatronischen Systems im Sinne eines ersten Entwurfs erarbeitet und zum Teil validiert. Die Leitlinien und Basiskonzepte bestätigen sich gegen Ende der 2. Förderperiode. Die Klarheit der konzeptionellen Linie des SFB hat das zielorientierte Zusammenwirken der Teilprojekte und Arbeitskreise sehr gefördert. Dies äußert sich in der außergewöhnlich hohen Anzahl der Demonstratoren, die auf einem teilprojektübergreifenden Wechselspiel von Analyse und Synthese beruhen.

Es kann festgestellt werden, dass der SFB die gesetzten Ziele der 2. Förderperiode erreicht hat. Im Detail lässt sich diese Aussage anhand der Ergebnisberichte der einzelnen Teilprojekte und der auf im Rahmen des SFB entstandenen Buchpublikationen überprüfen. Insbesondere die Demonstratoren belegen, dass der SFB auf gutem Wege ist, seine Vision zu verwirklichen. Einerseits sind die Ergebnisse schon so konkret und von höchster Praxisrelevanz, dass in der 2. Hälfte von 2008 fünf Transferprojekte gestartet werden konnten. Andererseits ist noch in erheblichem Umfang grundlegende Forschungsarbeit, aber auch aufwändige Konkretisierung und Komplementierung notwendig, um dem Maschinenbau und verwandten Branchen die angestrebten Impulse für den Wettbewerb von morgen geben zu können.

Projektstruktur/Projektbereiche und Teilprojekte

Buchpublikation: "Selbstoptimier- ende Systeme des Maschinenbaus"

Buchpublikation: "Verlässlichkeit selbstoptimierender Systeme"

Ausgewählte Literatur